3D打印制造甲基铝氧烷(MAO)合成的多相流动化学反应系统

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21908190
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    26.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0803.反应工程
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The discovery of methylaluminoxane (MAO) has promoted the rapid development of metallocene catalysts, while the synthesis of MAO encounters central challenges of high risk and poor process control. In China, the synthesis of MAO has not been commercialized so that the high price of the imported MAO products limited the development and innovation of the related fields. Recently, the development of chemical engineering discipline shows that micro-chemical systems have enabled new breakthroughs for the classic theory. As microreaction technology comes of age, flow chemistry has made tremendous progress, of which its intrinsic safety and better process control makes itself a valuable tool for synthesis of MAO. In this proposal, I plan to combine the chemical engineering processes with the “state-of-the-art” material fabrication technologies, aided by CFD simulation, to develop and optimize the design of reactors for MAO synthesis with high mass transfer performance and high product yield in continuous flow. Moreover, I aim to build reactors to handle the potential solid products during the synthesis of MAO in continuous flow process. On one hand, this project helps with the development of reactor design protocols for solving the universal solid handling problems in continuous flow process; on the other hand, it further facilitates the research of transport phenomena in confined chemical space and provides valuable information for the implementation of other similar processes.
甲基铝氧烷(MAO)推动了茂金属催化剂的迅猛发展,但是其合成工艺面临危险性高与可控性差的双重问题,我国目前也尚未成功研发可商业化生产MAO的工业装置,进口MAO昂贵的价格也制约了我国相关领域的发展创新。而近年来化学工程学科的发展趋势显示在微化工领域已为原有的理论体系带来了新的突破,随着微反应器技术走向成熟,流动化学技术也取得了较大发展,其本征安全可控无疑是探索MAO合成工艺的适定性思路。本项目提出将前沿化学工程问题和现代新型材料加工手段相结合,以CFD仿真模拟为理论指导,优化设计具有高传质特性和高产品收率的连续流MAO合成反应器。本项目也旨在通过连续流反应工艺解决MAO合成中可能面临的固体副产物沉积堵塞反应器的问题,一方面可以使我们探索出一套简单有效的构建高性能多相含固体产物的连续流反应器的普适方法,另一方面也将有利于探索受限空间内的化工传递过程,为其它类似反应工艺的设计提供有价值的参考。

结项摘要

甲基铝氧烷(MAO)是聚烯烃工业中最重要的助催化剂,其世界年总产能达近万吨,且价格高昂;但由于反应原料极为活泼、反应条件苛刻、反应工艺复杂,国内仍无法大规模生产高活性MAO产品,这已成为控制我国聚烯烃材料高性能化的关键“卡脖子”技术。本项目结合CFD与3D打印技术,并借助3D打印的高度加工灵活性和应用流动化学反应器处理固体的创新型设计,开发了适用于MAO合成这一气/液/液/固反应的多个核心微器件,构建了集成微混合-微反应-微分离于一体的微化工系统,形成了具有自主知识产权的微反应器MAO合成技术,实现了工艺流程的小型化、高效化和本征安全化,并将技术拓展到异丁基铝氧烷(IBAO)等产品,也为应用流动化学技术探索MAO的改性提供了有力支撑。项目取得的主要创新性成果包括:(1)应用3D打印开发了并联文丘里型微气泡发生器、毛细管式微液滴生成器、SAR微混合器、微型CSTR串联反应器等器件,提升了多相流体的混合,通过微器件的合理配置和反应优化大幅提高了MAO收率,产品具有高催化活性,解决了现有间歇合成工艺中存在的控制难、单程收率低和安全性差等问题;(2)将反应技术拓展到IBAO等长链烷基铝氧烷产品合成,并开发了基于在线紫外光谱的铝氧烷产物连续监测技术;(3)构建了基于热感相机的流动化学检测平台,首次测量出MAO/IBAO合成反应的反应焓变。项目执行期间总计发表学术论文9篇,其中SCI论文8篇、EI论文1篇,主要发表在Green Chemistry、Chemical Engineering Journal、AIChE Journal等化学化工领域权威期刊上;申请与MAO合成、后处理、改性相关的中国发明专利5项,已授权1项。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(5)
Flow Toolkit for Measuring Reaction Enthalpy and Application to Highly Exothermic Synthesis of Alkylaluminoxanes
用于测量反应焓的流量工具包及其在烷基铝氧烷高放热合成中的应用
  • DOI:
    10.1021/acs.oprd.2c00072
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Organic Process Research & Development
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Mengbo Zhang;Yirong Feng;Linjin Lou;Haomiao Zhang;Jingdai Wang;Yongrong Yang
  • 通讯作者:
    Yongrong Yang
Leveraging 3D Printing for the Design of High-Performance Venturi Microbubble Generators
利用 3D 打印设计高性能文丘里微泡发生器
  • DOI:
    10.1021/acs.iecr.0c01509
  • 发表时间:
    2020-04-29
  • 期刊:
    INDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH
  • 影响因子:
    4.2
  • 作者:
    Feng, Yirong;Mu, Hongfeng;Yang, Yongrong
  • 通讯作者:
    Yang, Yongrong
Continuous synthesis of isobutylaluminoxanes in a compact and integrated approach
以紧凑、集成的方法连续合成异丁基铝氧烷
  • DOI:
    10.1016/j.cej.2021.131750
  • 发表时间:
    2021-08
  • 期刊:
    Chemical Engineering Journal
  • 影响因子:
    15.1
  • 作者:
    Yirong Feng;Mengbo Zhang;Haomiao Zhang;Jingdai Wang;Yongrong Yang
  • 通讯作者:
    Yongrong Yang
烷基铝氧烷合成技术研究进展
  • DOI:
    10.11949/0438-1157.20221002
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    化工学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张梦波;楼琳瑾;冯艺荣;郑雨婷;张浩淼;王靖岱;阳永荣
  • 通讯作者:
    阳永荣
Design and operation of an enhanced pervaporation device with static mixers
静态混合器强化渗透蒸发装置的设计与运行
  • DOI:
    10.1002/aic.17455
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    AIChE Journal
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Haomiao Zhang;Agnieszka Ładosz;Klavs F. Jensen
  • 通讯作者:
    Klavs F. Jensen

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其他文献

资源依赖、关系治理与技术创新网络企业核心影响力形成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
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    --
  • 作者:
    谢永平;孙永磊;张浩淼
  • 通讯作者:
    张浩淼
主动型膝上假肢的自抗扰控制研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨鹏
Programming Hydrogen Production via Controllable Emulsification/Demulsification in a Switchable Oil-Water System
通过可切换油水系统中的可控乳化/破乳来编程氢气生产
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    10.1021/acssuschemeng.8b06714
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    ACS Sustainable Chemistry & Engineering
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    张雨晨;张浩淼;刘平伟;Sun Hailong;李伯耿;王文俊
  • 通讯作者:
    王文俊
技术创新网络核心企业知识治理绩效影响因素研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    研究与发展管理
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    谢永平;张浩淼;孙永磊
  • 通讯作者:
    孙永磊
组织间信任、网络结构和知识存量对网络创新绩效的影响分析——以知识共享为中介
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    科技进步与对策
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张浩淼;谢永平;毛雁征
  • 通讯作者:
    毛雁征

其他文献

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张浩淼的其他基金

基于3D打印的改性甲基铝氧烷流动化学合成技术研究
  • 批准号:
    22378347
  • 批准年份:
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相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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